клетка».

Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Гимназия № 10»
г. Железногорска Курской области
Урок биологии
«Цитология – наука о клетке. Клеточная теория»
10 класс
Учитель первой квалификационной категории
Могилина Татьяна Геннадьевна
Железногорск 2013
Эпиграф к уроку:
«Проблема природы, жизни – это проблема первичной организации материи
в живых объектах».
Академик В.А. Энгельгардт.
Цель:
углубить и расширить представления обучающихся о науке цитологии.
Задачи:
показать единство всего живого на Земле на основе знаний о клетке;
развить знания об истории создания клеточной теории, ее современных
положениях;
выработать умения применять положения клеточной теории для
доказательства единства живой и неживой природы;
познакомить с методами изучения клетки и ее органелл;
продолжить формирование умений работы с микроскопом;
Оборудование:
ИТС обучения, плакат с эпиграфом, микроскопы, микропрепараты грибной,
растительной, животной и бактериальной клеток, карточки с заданиями.
План урока:
I. Организационный момент (название темы урока, постановка цели и задач).
II. Актуализация знаний обучающихся.
1. Цитология – наука о клетке.
2. Формирование знаний о клетке.
3. Современная клеточная теория.
4. Методы изучения клетки.
III. Закрепление.
Ход урока.
Вступительное слово учителя.
- Еще на первых занятиях мы с вами познакомились с определением живого
и выделили основные уровни его организации. Клетка занимает довольно
высокий уровень в иерархии живых систем, потому что без изучения
клеточного уровня, без учета биологического поведения клетки и ее
взаимодействия нельзя понять живое. А какие живые организмы вам
известны?
-Растения, животные, грибы, бактерии.
-Все эти организмы очень разные. Но каким бы сложным и разнообразным не
был организм, в основе его лежит клетка. Что же такое клетка?
- Это структурная и функциональная единица живого организма.
- Именно клеточное строение объединяет все живое на Земле. Поэтому и
знакомство с организмом начинается с ее изучения. А как называется наука о
клетке?
-Цитология.
-Исследуя клетку, как важнейшую структурную единицу живого, цитология
занимает центральное положение в ряду биологических дисциплин. Какими
исследованиями клетки занимается эта наука?
-Изучает строение и химический состав клеток;
функции клеток и внутриклеточных структур;
размножение и развитие клеток;
приспособления клеток к условиям окружающей среды;
- Во все времена люди пытались проникнуть в самые сокровенные тайны
природы. Но в тайны клеточного строения человек смог проникнуть только в
17 веке. Как вы думаете, какое основное открытие века позволило впервые
увидеть клетку?
-Изобретение микроскопа.
- Давайте вернемся в те далекие времена и вспомним как и кем была открыта
клетка.
-В 1665 году английский физик Р.Гук, рассматривая под уже
усовершенствованным им микроскопом срез пробки дерева, обнаружил, что
она состоит из ячеек, напоминающих пчелиные соты. Описывая увиденное в
своей книге «Микрография, или некоторые физиологические описания
мельчайших тел, сделанные посредством увеличительных стекол», Гук
использовал слово «cell», что по английски означает «ячейка», «камера»,
«келья». Этот термин закрепился в науке, а на русский язык был переведен
как «клетка».
- С открытием растительной клетки и начала зарождаться цитология.
Чуть позже были обнаружены клетки и других организмов Антони ван
Левенгуком.
-Голландец Антонии Ван Левенгук прославился созданием линз, давших
увеличение в 300 раз и позволивших открыть ему мир простейших,
бактерий, половых клеток и клеток крови. Описания этих «анималькусов»
(зверушек) как он их называл, снискали ему мировую известность и
пробудили интерес к изучению микромира.
Вот как описывал Левенгук открытие им бактерий: « О эврика! Люди, что я
вижу! В этой маленькой капельке грязной воды встретился мне целый мир
маленьких живых существ. Мир, который сразу трудно понять и осмыслить,
объяснить. Эти маленькие «зверушки» были очень забавны, они
кувыркались, прыгали, резвились и были очень счастливы в жизни. Да и по
форме «зверушки» были довольно симпатичные: шарики, спирали, палочки,
то по одной крутились, то по 2-3 в понятном только одним им танце».
Благодаря дальнейшему усовершенствованию микроскопа было собрано
много описаний и рисунков клеток. Так важной предпосылкой для
установления сходства между клетками растений и животных явилось
открытие ядра Робертом Броуном в 1831 году. А чешский ученый Я.
Пуркинье обратил внимание на полужидкое студенистое содержимое,
заполняющее клетку. Что это за вещество?
-Цитоплазма.
-Я.Пуркинье назвал вещество протоплазмой от гр. protos-первый, plasmaобразование. Но все-таки обобщений из сделанных наблюдений не было.
Факты,
касающиеся
клеточного
строения,
оставались
несистематизированными. Лишь в 1839 году немецкий биолог Теодор Шванн
формулирует клеточную теорию. Вот что он писал: « На дворе уже 1839 год,
знаменитый год в моей жизни, вот труд созданный за многие лета моей
жизни «Микроскопические исследования соответствии структуре и росту
животных и растений». Его клеточная теория содержит 3 главных
обобщения: теорию образования клеток, доказательства клеточного строения
всех частей организма, распространение этих принципов на рост и развитие
животных и растений. Идея этого обобщения возникла у Шванна под
влиянием теории клеткообразования немецкого ботаника Матиаса Якоба
Шлейдена. Оба ученых ощибочно полагали, что клетки в организме
возникают из межклеточного вещества. Поэтому очень важным дополнением
к клеточной теории стал принцип Рудольфа Вирхова: «Каждая клетка – из
клетки». Что это означает?
- Это привело к осознанию того факта, что рост и развитие связаны с
делением клетки.
- Так работами этих исследователей была создана современная клеточная
теория, основой которой является клеточная теория Шванна.
Давайте вспомним ее основные положения.
-клетка является универсальной структурой и функциональной единицей
живого;
-все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы
жизнедеятельности;
-клетки образуются только при делении предшествующих им клеток;
-клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в
многоклеточных организмах их работа скоординирована и организм
представляет собой целостную систему.
Задание.
Известно, что научное познание проходит несколько этапов: наблюдение –
гипотеза – эксперимент – теория – закон. Какие открытия были сделаны на
каждом этапе развития цитологии?
- Наблюдение за клеткой стало возможным с открытием микроскопа
Галилео Галилеем. Далее возникла гипотеза клеточного строения организмов
и открытия клеток Гуком и Левенгуком. Экспериментальное изучение
клеток связано с именами Броуна(открытие ядра), Пуркинье (исследование
цитоплазмы)и др. ученых. На основе собранных данных возникла
обобщающая клеточная теория Шванна и Шлейдена и закон единства
происхождения всего живого на Земле.
-В настоящее время клетку изучают, применяя физические и химические
методы исследования, новейшие приборы. О современных методах
исследования клетки послушаем сообщения.
Метод микроскопирования.(доклад ученика)
Чтобы различить структуры, которые расположены в клетке применяют
оптические приборы, например микроскоп. Это самый древний и, вместе с
тем, наиболее распространенный метод изучения клетки. Микроскопирование позволяет не только
обнаружить клетки, но и рассмотреть их строение, наблюдать некоторые
процессы жизнедеятельности например движение цитоплазмы, деление
клетки.
Возможности светового микроскопа ограничены длиной волны видимого
света. Его максимальная разрешающая способность ок. 0,2 мкм, то есть
примерно в 500 раз улучшает способность человеческого глаза различать
объекты.
Многие компоненты клетки близки по своей оптической плотности и
практически не видны в световой микроскоп. Чтобы сделать их видимыми,
используют разные красители. До окраски большую часть тканей
фиксируют. После чего клетки становятся проницаемыми для красителей.
Толщина тканей слишком велика, чтобы их можно было наблюдать при
высоком разрешении. Поэтому ткани обычно заливают в расплавленный
парафин или специальную смолу. А после остывания выполняют тонкие
срезы на специальном инструменте – микротоме.
Но заливка может нарушить структуру клетки, поэтому вместо фиксации
и заливки иногда применяют быстрое замораживание. В замороженных
срезах лучше сохраняются
особенности естественной структуры клетки, но присутствие кристаллов
льда все-таки нарушает некоторые детали, поэтому полученные результаты
часто проверяют другими методами.
Постановка проблемного задания.
А сейчас давайте и мы используем этот метод, выступим в роли
исследователей и окунемся в загадочный и удивительный мир клеток.
Перед вами школьный световой микроскоп. Ваша задача – определить клетка
какого организма у вас на микропрепарате. Для разрешения этого вопроса
вам необходимо вспомнить особенности строения клеток живых организмов.
При работе с микроскопом строго выполняйте правила работы с ним.
( выполнение практического задания и обсуждение результатов)
Растительная клетка. Характерная ее особенность – наличие зеленых
хлоропластов, крупных вакуолей и толстой оболочки.
Животная клетка. Отсутствие хлоропластов, тонкая мембрана, нет
вакуолей.
Бактериальная клетка. Характерный признак – отсутствие ядра.
Грибная клетка. Одна сильно разросшаяся и разветвленная клетка с
множеством ядер и отсутствием пластид. Эта клетка – грибница мукора.
Задание по карточке.
У нас нет возможности пронаблюдать за движением цитоплазмы, которое
тоже можно наблюдать при этом методе, поэтому мы определим характер ее
движения по указанным стрелкам на рисунке вашей карточки.
( выполнение задания, обсуждение результатов).
Какие еще микроскопы можно использовать в этом методе?
Доклад ученика.
В 1931 году в Германии был создан первый электронный микроскоп. С
этого времени началась новая эра микроскопии. В науку хлынул поток
информации о тонком строении клеток.
Электронный микроскоп требует ультратонких срезов, толщиной 50-100
нм. Для этого ткани пропитывают смолой, формируют твердый
пластмассовый блок. Затем с помощью острого алмазного ножа делают срезы
на специальном микротоме.
Различают
2
типа
электронных
микроскопов:
трансмиссионный(просвечивающий) и сканирующий. В трансмиссионном
пучок электронов, проходя сквозь специально подготовленный образец,
оставляет его изображение на экране. Разрешающая способность его в 400 раз больше светового. Он дает плоское (двухмерное)
изображение.
Максимальное разрешение сканирующего микроскопа невелико, ок. 10
нм, но изображение получается объемным (трехмерным). Здесь луч не
проходит через образец, а отражается от его поверхности.
Принципиально новые возможности электронной микроскопии открылись
сравнительно недавно, после разработки метода замораживания –
скалывания.
В этом методе клетки замораживают очень быстро, при температуре
жидкого азота
- 196 С. При таком мгновенном замораживании кристаллы льда не успевают
образоваться, а клетка не испытывает деформаций. Замороженный блок
раскалывают лезвием ножа ( отсюда и название метода) и исследуют тончайшие детали в трансмиссионном
объемном электронном микроскопе.
Другим основным и распространенным методом изучения клеток является
центрифугирование.
Доклад ученика.
С помощью центрифугирования изучают внутриклеточные процессы,
строение и состав органоидов клетки. При центрифугировании развивается
центробежная сила. Под ее воздействием взвешенные частицы оседают на
дно центрифужной пробирки. Метод основан на том , что различные
клеточные органоиды имеют разную массу и плотность. И потому
компоненты клетки осаждаются в пробирке при различной скорости
вращения центрифуги.
Прежде, чем подвергнуть клетки центрифугированию, разрушают их
клеточные оболочки. Это достигается продавливанием через маленькие
отверстия ультразвуковой вибрацией или обычным измельчением
растительных тканей пестиком в фарфоровой ступе. После этого клетки
помещают в пробирки и с высокой скоростью вращают в центрифуге.
Крупные компоненты клетки выпадают в осадок при более высоких
скоростях. Этапы центрифугирования:
- низкая скорость (ядра, цитоскелет)
- средняя скорость (хлоропласты)
- высокая скорость (митохондрии)
- очень высокая скорость (рибосомы)
Чистые фракции внутриклеточных структур можно подвергать любым видам
анализа.
Некоторые ткани удается разделить на отдельные клетки так, что клетки
остаются живыми и часто способны к размножению. Такой метод
размножения называют культурой клеток и тканей.
Доклад ученика.
Метод культуры клеток и тканей состоит в том, что из одной или
нескольких клеток на специальной питательной среде получают группу
однотипных клеток. Клетки животных, выделенных в культуру, после
определенного числа делений погибают, поэтому считаются трудным и
неудобным объектом для культивирования. Клетки же растений, способны
делиться неограниченное число раз. Растительные клетки в отличие от
животных образуют большие скопления и прочнее прикрепляются друг к
другу, поэтому в процессе роста культуры образуются ткани, а не отдельные
клетки. В клеточной культуре из отдельной клетки можно вырастить целое
взрослое растение. В настоящее время этот способ используют для
размножения орхидей, садовой гвоздики, герберы, женьшеня и даже
картофеля. Очень важно, что получаемый посадочный материал не заражен
никакими болезнетворными микроорганизмами.
Клеточные культуры находят все более широкое применение в разных
областях биологии и медицины. Важную роль играют клеточные культуры в
биотехнологии при производстве вакцин и биологически активных веществ.
Культуры клеток применяют для диагностики и лечения наследственных
заболеваний
в качестве
тест-объектов
при испытании новых
фармокологических веществ.
Итак, мы познакомились с методами изучения клетки. А теперь попробуем
сделать творческое задание.
Задача «Сбербанк».
Известно, что с помощью методов глубокого замораживания можно
консервировать не только продукты питания, т.е. неживую ткань, но и
живую. Действуя по специальной методике, охлаждая организм с помощью
жидкого азота или водорода до температуры -269 С или -253 С, можно
добиться полной остановки всех жизненных процессов. Положительный
результат был достигнут с целым рядом микроорганизмов, спорами
папоротников и мхов, а также коловратками, нематодами. На высших
животных проводились опыты не с полным замораживанием, а с
понижением температуры тела (с последующей реанимацией). После
реанимации животных возвращали к активной жизни. Как называется такое
явление? Предложите несколько путей его применения.
-Явление анабиоза. С помощью этого явления создают банки
глубокозамороженных половых и соматических клеток редких и исчезающих
видов растений и животных, в которых в будущем можно будет возродить
генетическую информацию.
Закрепление. Итоговое тестирование.
-Давайте подведем итоги урока и сделаем выводы.
1. Цитология – наука о клетке. Знания о клетке накапливались и
развивались постепенно.
2. В 1838-1839 г. М.Шлейден и Т.Шванн сформулировали клеточную
теорию.
3. Для изучения клетки используют различные методы: микроскопирование, центрифугирование, метод культуры клеток и тканей.
Итоговое тестирование.
1. Какой метод изучения клетки используют для наблюдения за движением
цитоплазмы?
А. Метод культуры клеток и тканей
Б. Микроскопирование
В. Центрифугирование
2. Какой метод можно использовать, чтобы выяснить как из одной клетки
образуются разные ткани и органы?
А. Метод культуры клеток и тканей
Б. Микроскопирование
В. Центрифугирование
3. Какое свойство клетки позволяет организму расти?
А. Способность клетки к сокращению
Б. Способность клетки к делению
В. Способность клетки к движению
4. Какой метод применяют для изучения состава и строения отдельных
органоидов клетки?
А. Метод культуры клеток и тканей
Б. Микроскопирование
В. Центрифугирование
5. Все процессы жизнедеятельности протекают сходно в разных клетках,
поэтому клетку рассматривают как
А. Единицу роста организмов
Б. Структурную единицу живого
В. Функциональную единицу живого
6. О чем свидетельствует клеточное строение всех организмов?
А. Об эволюции живой природы
Б. О родстве всех живых организмов
В. О единстве живой и неживой природы
7. Как называют метод, при котором из одной клетки выращивают целое
растение?
А. Центрифугирование
Б. Метод культуры клеток и тканей
В. Микроскопирование
8. Почему клетку считают структурной единицей живого?
А. Т.к. клетки способны делиться
Б. Т.к. все организмы состоят из клеток
В. Т.к. обмен веществ протекает сходно в разных клетках